Nueva aleación amorfa fabricada aditivamente apunta a mejorar la eficiencia de motores eléctricos

Los motores eléctricos son componentes fundamentales en una vasta gama de aplicaciones, desde vehículos y maquinaria industrial hasta dispositivos domésticos. Su omnipresencia se traduce en un consumo energético masivo: la Comisión Europea estimó que en 2020, estos motores fueron responsables de aproximadamente el 53 % del consumo eléctrico total de la UE, ascendiendo a 1326 teravatios-hora (TWh).

Ante estas cifras, incluso pequeñas mejoras en la eficiencia pueden generar ahorros considerables, del orden de decenas de TWh anuales. El objetivo establecido en la conferencia COP28 de duplicar la tasa anual global de mejora de la eficiencia energética a más del 4 % para 2030 subraya la urgencia de estas innovaciones.

Las pérdidas de energía en los motores eléctricos proceden de varios mecanismos, incluyendo el calentamiento de los devanados, las pérdidas mecánicas y, de manera significativa, las pérdidas magnéticas en el núcleo. Estas últimas se deben a la resistencia del material a los cambios continuos del campo magnético (histéresis) y a la generación de corrientes de Foucault. Reducir estas pérdidas es crucial para la eficiencia general.

Investigaciones recientes se han centrado en los vidrios metálicos, una clase de materiales con una estructura atómica amorfa, a diferencia de la estructura cristalina de los aceros eléctricos convencionales. Esta disposición no periódica de los átomos confiere a los vidrios metálicos propiedades magnéticas ‘blandas’, lo que significa que requieren menos energía para reorientar su campo magnético y, por tanto, generan menos calor y pérdidas por histéresis.

El desafío tradicional de los vidrios metálicos ha sido su fabricación, ya que requieren un enfriamiento extremadamente rápido para mantener su estructura amorfa, lo que limita la producción a formas como cintas o láminas. Sin embargo, un trabajo reciente del proyecto europeo AM2SoftMag, financiado por Horizon Europe y recogido en The Conversation España, ha abordado este obstáculo mediante la fusión láser de polvo (fabricación aditiva).

El consorcio ha desarrollado una nueva aleación de vidrio metálico basada en hierro, silicio, boro, niobio y níquel, evitando el uso de fósforo, cobalto o tierras raras. Esta composición ha logrado densidades relativas superiores al 92 % y fracciones amorfas por encima del 87 %, con una coercitividad notablemente baja de 44 A/m. Estos valores indican que el material responde con gran facilidad a los cambios de campo magnético, traduciéndose en una reducción de las pérdidas energéticas.

Aunque aún se requiere trabajo para optimizar la porosidad del material y escalar su producción, y la mejora de eficiencia a escala de motor no ha sido demostrada todavía, esta investigación establece una vía técnicamente prometedora para combinar el diseño de aleaciones y la fabricación aditiva en la búsqueda de motores eléctricos más eficientes.